أسرار الدوائر الإلكترونية

[ريماس]

الموضوع لاستاذنا العزيز مهندس /وليد الفرا

اكتشف أسرار الدوائر الإلكترونية #0001

الهدف: إنشاء جيل من الشباب يعرف من أين تُؤكل الكتف، بمعنى أنني أريد (بمساعدة عمالقة القرية) أن انمي فيك الحاسة الإلكترونية لدرجة أعلى مما لديك بحيث تتعرف اكثر على الدوائر الإلكترونية بمجرد النظر إليها.

مثال: أعطيك مخطط دائرة إلكترونية واخبرك أن هذه الدائرة تقوم بالوظائف المعينة التي صُممت من اجلها، ثم أُوجه لك عدة أسئلة عن سبب أو دور أو أهمية وجود العنصر الفلاني.
بعض الأسئلة ستكون صعبة وتحتاج إلى تفكير عميق وبحث، ثم أترككم الفترة التي أراها مناسبة، وفي غضون أو بعد أن تكتمل الإجابة عن بعض أو جميع الأسئلة نقدم الشرح الوافي والإجابات الكاملة لكل سؤال.
انتظر: لم تصلك الفكرة بعد! أنا اعتقد، مستنداً إلى خبرتي المتواضعة انك تقرأ اخطر صفحة علمية على الإطلاق في مجال الإلكترونيات، هذا ليس مدحاً في نفسي لأنني أيضا سأتعلم معكم ومنكم. أنت ستعرف كل شيء عن دوائر كنت في الماضي تهرول إلى تنفيذها دون المعلومات الكافية عنها، أنت اليوم ستصبح لديك القدرة على التعديل، وليس التعديل من اجل التعديل، ولكن التعديل الذي يلائم إمكاناتك وظروفك، فالدائرة التي صممها أمريكي، يجب تعديلها قليلاً ليتسنى تنفيذها في ج.مصر.ع، لان العناصر مثلاً غير متوفرة جميعاً.

أيضا بعض الحيل التي تستخدم في بعض الدوائر يمكن الاستعانة بها مع دوائر أخرى .................

النقطة الأخيرة: أنا بعد دراستي في الجامعة اكتشفت أن جزء كبير من الدراسة النظرية غير مناسب لنا كعرب، كيف يعني؟ أقول لك كيف: عندما تدرس الداياك

Diac (على رأي آخي الحبيب خميس)، يقدمون لك نظريات ومنحنيات ومعادلات لا تفيدنا نحن العرب الآن لأننا لا ننوي –على الأقل في المائة سنة القادمة- أن نصنع تراياك أو ترانزيستور. أنا أميل إلى انه يكفي اليوم أن تعرف أن هذا الشكل عندما يصادفك هو داياك وان الداياك وظيفته … (لا أريد أن احرق المقالة في موضوع عناصر يجهلها البعض) وانه يتم قياسه بكذا ويجب أن تتذكر الداياك المحترم عندما تصمم أو تتعامل مع الدوائر كذا وأيضا على البيعة رمزه لكي تتعرف على جنابه لو رأيته على مخطط أو مطبوع اسفل عنصر في بورد… بس … فقط.
ملاحظة: أنا لن أتوقف عن متابعة صفحاتي الأخرى وسأضيف إليها الجديد إنشاء الله تعالى كلما تسنى لي ذلك.
والله اسأل أن يجعل هذا العمل خالصاً لوجهه تعالى، أسألكم أن تترحموا على والدي لما له عليّ من فضل.
المشروع الأول:

دائرة النيون الشاحن IC Controlled Emergency Light With Charger

نسميه هنا في غزة النيون الشاحن، وهو عبارة عن لمبة فلوريسينت تضيء بمجرد انقطاع التيار الكهربي، وتحتوي على بطارية سائلة 6 فولت 4 أمبير-ساعة (أو بطاريتين لاطالة المدة). ويوجد في الجهاز دائرة خاصة بشحن البطارية، وهذه هي الدائرة:

بإلقاء نظرة متفحصة للدائرة يتبادر إلى الذهن بعض الأسئلة:

1. كم قيمة الجهد DC الناتج عند مخرج قنطرة التوحيد إذا علمت أن جهد الملف الثانوي للمحول X1 هي 6VAC؟ لو سمحت اذكر العلاقة الرياضية التي تستخدمها دائما في هذه الحالة.
2. اذكر كل ما تعرفه عن الدارة المتكاملة LM308 وما هو دورها في هذا الجهاز؟ لو سمحت ابحث في الداتاشيت الخاصة بالعنصر واجمع لنا اكبر قدر من المعلومات المفيدة (لا نريد كلام غير عملي).
3. ما هو دور الديود المحترم D5 وما هي أهميته؟ (هذا سؤال للعباقرة)
4. الدارة المتكاملة 555 عموماً تعمل في نمطين هامين هما المؤقت الزمني One shot mode وكمذبذب (يسمى stable mode) في أي نمط تعمل هذه الدارة المتكاملة هنا في هذا الجهاز وكيف عرفت ذلك؟
5. ما هو دور الديود المحترم ايضاً D8 في دائرة الـ 555؟ (هذا سؤال للعباقرة جداً).
6. الموسفيت IRF840 له مواصفات خاصة اذكر لنا أهمها؟ ( يعني اكبر تيار واكبر جهد واكبر قدرة يتحملها العنصر إضافة إلى مجال استخدامه الرئيسي، باختصار نبذة عنه).
7. اكتب نبذة مشابهة عن الترانزيستور 2222؟
8. ما وظيفة الترانزيستور 2222 في الدائرة، وما الخدمة التي تقدمها المقاومة R8 له؟ وضح مع إجراء الحسابات اللازمة؟
9. الموسفيت T3 وكذلك T4 لاحظ بوابة Gate كل منهما تتصل بنقطة معينة، هل يمكنك أن تفسر لنا الغرض من هذا التوصيل المعين؟
10. ما وظيفة الريلي RL1؟
11. ما الدور الذي تقوم به الريلي RL2؟
12. لماذا يوجد ديود D7 عبر الريلي RL1 ولا يوجد آخر عبر الريلي RL2؟ (للعباقرة فقط).

يتبع

[ريماس]

مشروع الثاني يتناول دائرة إلكترونية بالغة الأهمية هي دائرة الحماية ضد الارتفاع أو الانخفاض الزائد في جهد الكهرباء المغذية للأجهزة الكهربية كالثلاجة على سبيل المثال.

الشكل التالي يعرض مخطط الدائرة:


تم اختيار هذه الدائرة من بين عشرات الدوائر الموجودة على النت ولا ادعي أنني صاحبها أو لي أي دخل في تصميمها، هي موجودة الآن ليتم تشريحها واستنباط أسرارها وعيوبها والأخطاء الموجودة بها (إن وُجدت) لتعم الفائدة على الجميع بإذن الله.
قبل أن اقدم تساؤلاتي سأقدم ترجمة لما أورده مصممي الدائرة حول وظائفها.
لو سمحت الكلام العلمي لا يُفهم من القراءة العابرة، يجب أن تركز قليلاً وان تقرأ الفقرة المهمة اكثر من مرة. كذلك يًحبذ أن تفتح صفحة منفردة لمخطط الدائرة للنظر إليها بين الحين والآخر.




يقول مصممو الدائرة:
هذه الدائرة تحمي الثلاجات وكذلك الأجهزة الأخرى من الارتفاع المفرط أو الانخفاض المفرط في الجهد المغذي. الدارة المتكاملة
LM324 وهي IC2 التي تحتوي على 4 مكبر عمليات op-amp نستخدم منها 2 فقط في الدائرة وهما N1 و N2، كل op-amp يعمل كمُقارن comparator. يتصل البور سبلاي الغير منتظم بمجموعة مقاومات متصلة معا على التوالي هي R1 والمقاومة المتغيرة VR1 و R2. نفس البور سبلاي متصل بالديود زينر 6,8 فولت (ZD1) عبر المقاومة R3.
تم ضبط المقاومة المتغيرةVR1 بحيث يكون الجهد عند المدخل الغير عاكس non-inverting terminal (الطرف 3) لمكبر العمليات N1، اقل من جهد الزينر 6,8 فولت وذلك عندما يكون جهد كهرباء الحائط يتراوح ما بين 180 إلى 240 فولت AC. وبالتالي يكون خرج مكبر العمليات N1 في هذه الحالة = صفر ويبقى الترانزيستور T1 في حالة OFF. الريلي المتصلة بمجمع الترانزيستور T1 ستبقى غير مفعّلة (طافيه) لكن الجهاز (الثلاجة) تكون مغذاة عبر نقاط تماس الريليN/C بالكهرباء والوضع يكون طبيعي (انظر للمُخطط).
عندما يرتفع جهد التغذية AC إلى قيمة اكبر من 240 فولت، ستزداد بالتالي قيمة الجهد DC المغذي للطرف 3 من مكبر العمليات N1. الطرف 2 من N1 لا زال جهده ثابتاً عند القيمة 6,8 فولت بسبب وجود ديود زينر. عندما يصبح الجهد عند المدخل 3 اكبر منه عند المدخل 2 سيتحول خرج N1 من الحالة السابقة صفر فولت إلى High مما يؤدي إلى تشغيل الترانزيستور T1 وبالتالي تفعيل الريلي RL والنتيجة قطع التغذية AC عن الثلاجة (الجهاز). وبذلك نكون قد حمينا الثلاجة (أو أي جهاز) من الارتفاع الزائد في جهد التغذية AC.
الآن تعال نتأمل حالة هبوط الجهد المغذي للجهاز عن 180 فولت AC. عند حدوث ذلك تصبح قيمة الجهد DC عند المدخل العاكس inverting terminal ( الطرف 6 لمكبر العمليات N2) اقل من قيمة الجهد DC عند المدخل الغير عاكس (الطرف 5) والذي جهده ثابتا عند القيمة 6 فولت. عندئذٍ سيتحول خرج N2 إلىHigh وستشتغل الريلي من خلال الترانزيستور T1. عندما تشتغل الريلي ستقطع جهد التغذية AC عن الثلاجة وهكذا نكون حمينا الثلاجة من الهبوط المفرط في جهد التغذية عندما يقل عن 180 فولت AC. الـ IC1 تتغذى بجهد منتظم 12 فولت DC.
الخلاصة تشتغل الريلي في حالتين الأولى عندما يزداد الجهد على الطرف 3 عن 6,8 فولت، والثانية عندما يقل الجهد عند الطرف 6 عن 6 فولت. يمكن ضبط الدائرة ككل من خلال المقاومتين المتغيرتين VR1 و VR2.
هذا كل ما قيل عن الدائرة، أنت الآن عليك أن تقرأ ذلك الشرح بتأمل لتكون مستعداً للإجابة عن تساؤلاتي.
ملاحظة: أنا اعرف أن هذه الدائرة مفيدة جداً ويمكن تصنيعها على نطاق واسع، لكن لو سمحت لا تذهب الآن إلى تصنيعها لان بها أخطاء كثيرة. اصبر وافهم معنا التفاصيل ومن ثم اذهب لتصنعها وأنت قادر على إعادة تصميمها بشكل افضل واكثر كفاءة.
ملاحظة: الدائرة السابقة رقم #0001 لم تأخذ حقها في النقاش والتحليل، لكنني على الرغم من ذلك سأعتبرها أساس لنقاش هذه الدائرة. هكذا ستتم العملية باستمرار، سنبني على ما سبق، لذا ستشعر بوجود بعض التكرار المتعمد في التركيز على بعض النقاط. أعانني الله وإياكم على ما فيه الخير للجميع.

التساؤلات:
(1) إذا كان لديك منظم جهد voltage regulator (7812) في دائرة فكم يجب أن تكون اقل قيمة للجهد DC الداخل إلى هذا المنظم للحصول على 12 فولت عند المخرج؟
(2) حدد (لو سمحت) العناصر الإلكترونية التي تكون البور سبلاي الغير منتظم؟
(3) افرض جدلاً أنني أريد أن يكون جهد البوسبلاي الناتج هو 14 فولت DC غير منتظم، فكم تكون قيمة الجهد الثانوي AC للمحول x؟
(4) إذا كان جهد الملف الثانوي للمحول x هو 12 فولت AC فكم تكون قيمة الجهد DC الغير منتظم عند الطرف الموجب للمكثف (الفلتر) C1 ؟
(5) علل وجود المكثفين 100 نانوفاراد دائما حول أي منظم جهد من السلسة 78xx؟
(6) ما الحكمة من تغذية مداخل مكبري العمليات N1 و N2 من خرج البور سبلاي مباشرةً وليس من خرج المنظم 7812؟
(7) افرض أن الجهد عند الطرف الموجب للمكثف C1 هو 15 فولت DC، احسب قيمة المقاومة VR1 بعد ضبطها ليكون جهد المدخل الغير عاكس (الطرف3) يساوي 6,5 فولت (الطرف A في الشكل التالي)؟
السؤال بصيغة أخرى: احسب قيمة المقاومة المتغيرة VR1 ليصبح الجهد عند النقطة A أي VA = 6,5 فولت، إذا علمت أن جهد المصدر = 15 فولت؟

(8) إذا كان المحول هو 220 إلى 12 فولت AC، احسب قيمة الجهد الناتج عند الطرف الموجب للمكثف C1 في الحالات التالية:
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 240 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 180 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 245 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 175 فولت AC
(9) اختر الإجابة الصحيحة:
 لكي يكون خرج N1 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 3 …. (اكبر من 6,8 فولت// = 6,8 فولت// اقل من 6,8 فولت).
 لكي يكون خرج N2 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 6 …. (اكبر من 6 فولت// = 6فولت// اقل من 6فولت).
(10) الليد (Red LED) الوحيد الموجود في المخطط به خطأ ما، علّق على ذلك.
(11) اختيار الدارة المتكاملة LM324 كان اختيار غير موفق (من ناحية كفاءة التصميم) ما تعليقك على ذلك، أرجو أن تقترح الدارة المتكاملة البديلة والتي تعتبر اكثر ملائمة.
(12) ما دور الديود D5 وما مدى أهميته في الدائرة، هل يمكن الاستغناء عنه، اشرح اقتراحاتك حول هذا الديود؟
(13) اذا كان مخرج N1 هو High، ومخرج N2 هو Low، احسب شدة التيار المار في المقاومة R4 وشدة التيار المار في R8 وشدة تيار قاعدة الترانزيستور T1؟
(14) مكتوب على المخطط أعلاه مواصفات الريلي كما يلي:
RL = 12V, 200 ohm, 1C/O relay فسر معنى ذلك بالتفصيل؟
(15) لو لم تجد في محل بيع القطع زينر بجهد 6,8 فولت ووجدت زينر 6 فولت فقط، كيف ستحل هذه المشكلة.
(16) اذكر خمسة أسماء مختلفة للديودات D1 إلى D4 والتي يمكن استخدامها في دائرة التوحيد وعلل سبب ذلك؟
(17) اذكر ثلاث بدائل للرانزيستور BC547 مع ذكر السبب؟
(18) هل كل مكبر عمليات يصلح لاستخدامه كمقارن أم أن ذلك يقتصر على أنواع معينة؟

يتبع

[ريماس]

الجواب 1 :
جهد خرج المنظم 7812 هو 12 فولت ، يجب ان يكون ادنى جهد داخل للمنظم هو جهد الخرج + 2 فولت
اي الجواب هو 14 فولت

(2) حدد (لو سمحت) العناصر الإلكترونية التي تكون البور سبلاي الغير منتظم؟

الاجابة:
المحول (X) والقنطرة المكونة من الأربعة ديودات توحيد (D1 – D4) والمكثف الكيميائي (C1) الذي قيمته 470u/35V .
هذه هي المكونات الأساسية لأي بور سبلاي غير منتظم. إذا تم وضع زينر أو منظم جهد من السلسلة 78xx أو ما شابه بعد المكثف يكون هذا البور سبلاي منتظم.
ملاحظة: المكثف الكيميائي يُرمز له عادة بخطين متوازيين يكون أحدهما مقوس للدلالة على انه الطرف السالب للمكثف. وهذا يُميّز المكثف الكيميائي ذو القطبية عن غيره من الأنواع الأخرى عديمة القطبية كمكثف السيراميك. إذا وصلت المكثف الكيميائي بقطبية معكوسة سينفجر على الأغلب، لذا انتبه لأطرافه قبل توصيله.

(3) افرض جدلاً أنني أريد أن يكون جهد البوسبلاي الناتج هو 14 فولت DC غير منتظم، فكم تكون قيمة الجهد الثانوي AC للمحول x؟
الاجابة:
الحل: جهد الملف الثانوي للمحول Vsec هو = جهد الـ DC مقسوما على الجذر التربيعي للـ 2 والناتج نضيف إليه 1,4 فولت والجواب هنا = 11.3 Vrms (AC) تقريباً.
لمزيد من الاطلاع: ارجع إلى موضوع اكتشف أسرار……. #0001
لن تجد في السوق محول جهد ملفه الثانوي = 11,3 فولت. عمليا أنت ستبحث عن اقرب قيمة مثل 12 فولت متردد.


(4) إذا كان جهد الملف الثانوي للمحول x هو 12 فولت AC فكم تكون قيمة الجهد DC الغير منتظم عند الطرف الموجب للمكثف (الفلتر) C1 ؟
الاجابة:
من محول جهده الثانوي 12 فولت ستحصل على جهد موحد DC قيمته = 15,5 فولت DC تقريباً.
لمشاهدة الحسابات ارجع إلى موضوع اكتشف أسرار……. #0001

(5) علل وجود المكثفين 100 نانوفاراد دائما حول أي منظم جهد من السلسة 78xx؟

الاجابة:
لو تصفحنا الداتاشيت لاي منظم جهد ستجد على الأغلب ما يشبه الشكل التالي:

المكثف الأول C2 وقيمته 100 نانو والموجود عند المدخل وظيفته منع المنظم من التذبذب خصوصا عندما يكون بعيداً (على أي مسافة) عن المكثف C1 التابع للمصدر، أسلاك التوصيل بينهما ستكافئ ملف له حث وبالتالي تكون معاوقة الدخل للمنظم عالية. يقوم المكثف C2 بمعادلة ذلك ومنع التذبذب.
المكثف C3 وقيمته أيضا 100 نانو والموجود عند مخرج المنظم له نفس الوظيفة وهي منع التذبذب عند حدوث أي تغيير في تيار الحمل أو جهد المصدر.
هذان المكثفان ضروريان لاستقرار عمل منظم الجهد، وعليك أن تضعهما دائما قبل وبعد المنظم حتى وان لم يوجدا في مخطط الدائرة الأصلي.
أنا شخصيا امتلك اكثر من 200 مكثف 100 نانو حصلت عليهم من لوحات إلكترونية تالفة. أنت أيضا لن تجد صعوبة في الحصول على هذا المكثف السيراميكي الشهير جدا والذي لا تكاد تخلو منه لوحة إلكترونية.

(6) ما الحكمة من تغذية مداخل مكبري العمليات N1 و N2 من خرج البور سبلاي مباشرةً وليس من خرج المنظم 7812؟
الاجابة
الحكمة واضحة وهي أنني عندما اخذ من خرج المنظم 7812 ستكون قيمة الجهد ثابتة تقريباً في جميع الأحوال سواء كانت كهرباء الحائط 220 أو 240 أو اقل أو اكثر. ولن يتأثر خرج المُقارن بالتغيرات الحادثة في قيمة جهد كهرباء الحائط. يعني لن يرى المُقارن أي تغيير يُذكر بل سيبقى جهد مداخله ثابتا وبذلك تكون الدائرة الكهربية قد فقدت الغاية من وجودها أصلاً.

(7) افرض أن الجهد عند الطرف الموجب للمكثف C1 هو 15 فولت DC، احسب قيمة المقاومة VR1 بعد ضبطها ليكون جهد المدخل الغير عاكس (الطرف3) يساوي 6,5 فولت (الطرف A في الشكل التالي)؟
السؤال بصيغة أخرى: احسب قيمة المقاومة المتغيرة VR1 ليصبح الجهد عند النقطة A أي VA = 6,5 فولت، إذا علمت أن جهد المصدر = 15 فولت؟

الاجابة:
الهدف من السؤال هو:
أولاً: أن تكون لديك القدرة على معرفة القيمة (ولو بالتقريب) التي يجب ضبط المقاومة المتغيرة عندها لتحصل على قيمة جهد معينة من مقسم الجهد Voltage divider
ثانياً: أن تعرف مدي قيمة المقاومة المتغيرة التي تلزمك في تصاميم معينة للحصول على قيم جهد محددة. يعني هل أنا عايز مقاومة متغيرة 10 كيلو أم 100 كيلو وهكذا.

يجب أن تلاحظ أن النقطة A في الشكل والتي تمثل اتصال الطرف (3) لمكبر العمليات مع نقطة اتصال R1 و VR1 هي نقطة ينقسم عندها الجهد 15 إلى جزأين حسب نسب المقاومات.

الآن لدينا فريقان من المقاومات، الفريق العلوي للنقطة A ويتمثل في المقاومة R1 = 33K والفريق السفلي للنقطة A ويمثل المقاومتين المتغيرة VR1 + الثابتة R2 والمُشار له بالرمز R على الرسم أعلاه.
لاحظ أن الجهد على المدخل 3 لمكبر العمليات N1 = الجهد على المقاومات اسفل النقطة A أي الجهد على المجموعة R.
قيمة المقاومة R متغيرة تتراوح ما بين (10 كيلو + صفر) إلى (10 كيلو + 47 كيلو) أي من 10 كيلو إلى 57 كيلو. إذن قيمة المقاومة R تتراوح من 10 كيلو إلى 57 كيلو. الآن تعالوا نحسب R كما يلي:

إذن R = 25 كيلو، من ذلك نجد أن قيمة المقاومة المتغيرة يجب أن تكون مضبوطة عند 15 كيلو (25 –10 = 15) ليكون الجهد عند النقطة ايه = 6,5 فولت.

(8) إذا كان المحول هو 220 إلى 12 فولت AC، احسب قيمة الجهد الناتج عند الطرف الموجب للمكثف C1 في الحالات التالية:
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 240 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 180 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 245 فولت AC
 إذا كان جهد كهرباء الحائط 175 فولت AC
الاجابة:
الجزء الأول:

الجزء الثاني:

الجزء الثالث:

الجزء الرابع:

وهذا ملخص للعمليات السابقة:

من ذلك نشاهد انه على سبيل المثال إذا تغيرت قيمة جهد كهرباء الحائط من 240 فولت إلى 245 فولت فان الجهد DC عند الطرف الموجب للمكثف الكيميائي C1 ستتغير في المقابل من 17 إلى 17,5 فولت، أي بمقدار نصف فولت أي بمقدار 500 ميللي فولت، وهذه قيمة كبيرة بالنسبة للمُقارنات شديدة الحساسية حيث تعتمد في ذلك على مقدار كسب الجهد لها والذي يكون كبير جدا بشكل عام لمعظم مكبرات العمليات (سنأتي على ذلك بقليل من التفصيل).
ولمعرفة اقل فرق في الجهد بين المدخلين لمكبر العمليات والذي تتم عنده عملية التحول من Low إلى High أي ليحدث التحول Switching نقول بشكل عام اننا نعلم ان كسب الجهد Voltage gain لمكبر العمليات يكون كبيرا جدا بحدود 200000 وان اقل قيمة ممكنه هي 50000 وبالتالي يكون اقل فرق ممكن يتراوح ما بين (12 ÷ 200000) الى (12 ÷ 50000) أي من 6 مايكرو فولت الى 240 مايكرو فولت. الارقام اعلاه تدخل فيها عوامل كثيرة لكن ما اود قوله هنا ان اقل فرق بين المخلين يصل الى 0,3 ميللي فولت يؤدي الى حدوث التحول في الخرج.
اقل فرق في الجهد = جهد المصدر DC المُغذي ÷ كسب الجهد
بالنظر للجدول اعلاه، على سبيل المثال الى الصفين الاخيرين، نلاحظ انه عندما تتغير كهرباء الحائط من 180 الى 175 يكون الفرق في الجهد DC الناتج = 0,4 فولت أي 400 ميللي فولت، ما نحتاجه من هذه الأربعمئة هو اقل ما 1 ميللي فولت. اعتقد ان الصورة وصلت.

(9) اختر الإجابة الصحيحة:
 لكي يكون خرج N1 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 3 …. (اكبر من 6,8 فولت// = 6,8 فولت// اقل من 6,8 فولت).
 لكي يكون خرج N2 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 6 …. (اكبر من 6 فولت// = 6فولت// اقل من 6فولت).
الاجابة:
لكي يكون خرج N1 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 3 اكبر من 6,8 فولت
لكي يكون خرج N2 هو High يجب أن يكون جهد الطرف 6 اقل من 6فولت.

(10) الليد (Red LED) الوحيد الموجود في المخطط به خطأ ما، علّق على ذلك.
الاجابة:
أولا أي LED يحتاج إلى مقاومة تحد من شدة التيار المار فيه لحمايته. توصيل LED مباشرة بالمصدر 12 فولت دون مقاومة حماية سيؤدي إلى تلفه فوراً.
لو سمحت انظر للشكل مخطط الدائرة، تلاحظ ان هذا الـ LED المتصل بجوار D6 بجوار
الريلي غير محمي بمقاومة تحديد شدة التيار. بمجرد أن يكون خرج مكبر العمليات N1 أو N2 في حالة high سيصبح T1 شغال أي ON وسيمر تيار رأساً من منظم الجهد 12 فولت
إلى الـ LED إلى T1 إلى سالب البطارية. لاحظ أن الجهد المطبق على الـ LEDسيكون 11,8 فولت، لان فرق الجهد VCE عند تشبع T1 (أي عندما يكون Fully ON) = 0,2 فولت. إذن هناك 11,8 فولت مطبقة مباشرة على الـ LED دون وجود مقاومة حماية لذا سيضيء إضاءة شديدة لعدة ثواني ثم يحترق. المشكلة انه لن يحترق لوحده بل سيحرق أيضا الترانزيستور T1 معه، لماذا؟ سأتحدث عن ذلك بعد أن أعطى نبذة عن الـ LED:
بشكل عام، عندما يضيء الـ LED (الأحمر اللون) يكون فرق الجهد بين طرفيه 1,8 فولت (هذه قاعدة احفظها غيباً). التيار الذي يجب أن نسمح له بالمرور في الـLED يجب أن لا يتجاوز من 25 إلى 30 ميللي أمبير. كلما زادت شدة التيار ازدادت إضاءة الـ LED، لكن
إذا تجاوزنا القيمة 30 ميللي أمبير يصبح الـ LED في خطر. قيم المقاومات المشهور استخدامها لتحديد قيمة تيار الـ LED هي 330 أوم و470 أوم حتى 1 كيلوأوم. هناك حسابات تُجرى لمعرفة القيمة الدقيقة والمناسبة لظروف دائرة معينة، لكن إذا كنت لا تحب الحسابات (مع أنها سهلة جداً) ابدأ بقيمة كبرى (1كيلوأوم مثلاً) وتأمل إضاءة الـ LED، إن كانت مناسبة فبها وإلا قم بتخفيضها إلى 470 أوم أو إلى 330 أو حتى إلى 220 أوم طالما
أنت تلاحظ أن الإضاءة ليست بها دلالات على اقتراب اجله وانتقاله إلى رحمة الله.
بالنسبة للحسابات تتم كما يلي: (سأتحدث هنا عن دائرتنا بالذات)
نحن سنتبع مسار يبدأ من موجب مصدر التغذية 12 فولت مرورا بمقاومة الحماية (المفترض وجودها) ثم بالـ LED إلى T1 مُنتهين عند سالب مصدر التغذية.
اتفقنا أن فرق الجهد بين طرفي الـ LED عندما يكون مضيء = 1,8 فولت، واتفقنا سابقاً أن فرق الجهد VCE على T1 عندما يكون متشبعاً (Fully ON) = 0,2 فولت، وبفرض أن قيمة مقاومة الحماية 330 أوم، هذا يؤدي إلى:
12 - I * 330 - 1.8 - 0.2 =0
I = (12-2)/330 = 10/330 = 30 mA
حيث "I " هي قيمة شدة التيار المار في الـ LED. القيمة 30 ميللي أمبير الناتجة أعلاه هي قيمة مقبولة وهي تؤدي إلى إضاءة قوية للـ LED وهو لا يزال بأمان.
إذا كانت هذه الإضاءة قوية اكثر من اللازم وتحب إن تضعفها استخدم مقاومة اكبر مثل 470 أوم. تعال نحسب التيار في هذه الحالة:
12 - I * 470 - 1.8 -0.2 =0 الرقم 12 وناقص في البداية من اليسار مشكلة في العرض
I = (12-2)/470 = 10/470 = 21 mA
إذا أردت إضاءة اقل (خافتة نوعاً) جرّب القيمة 1 كيلو أوم:
12 - I * 1000 - 1.8 -0.2 =0
I = (12-2)/1000 = 10/1000 = 10 mA
وهكذا.
أيضا لاحظ انه تم توصيل هذا الليد بالشكل المبين بجوار الريلي وسالبه متصل مع الترانزيستور لكي يضيء عند انقطاع التغذية عن الثلاجة أي عندما يكون الجهاز الكهربي المتصل متوقف لحمايته. بمعنى انك اذا نظرت الى جهاز الحماية فوجدت الليد طافي هذا يعني ان الكهرباء في النطاق المقبول والجهاز شغال، واذا كان الليد مضيئاً فهذا يعني ان كهرباء الحائط تجاوزت القيم المقبولة (180 الى 240 فولت) وقد تم قطعها عن الجهاز (الثلاجة) لحمايتها.


(11) اختيار الدارة المتكاملة LM324 كان اختيار غير موفق (من ناحية كفاءة التصميم) ما تعليقك على ذلك، أرجو أن تقترح الدارة المتكاملة البديلة والتي تعتبر اكثر ملائمة.
الاجابة
الدارة المتكاملة LM324 تحتوي على أربع op-amps في حين تستخدم الدائرة عدد 2 فقط op-amps وبالتالي يبقى لدينا اثنان دون فائدة. الدارة المتكاملة LM358 تحتوى على عدد 2 op-amps فقط وهي تكافئ الدارة المتكاملة LM324 تماما من حيث الخصائص.
باستخدام LM358 بدلاً LM324 تكون قد وفرت في السعر وفي الحجم (انظر الشكل التالي)

[ريماس]

(12) ما دور الديود D5 وما مدى أهميته في الدائرة، هل يمكن الاستغناء عنه، اشرح اقتراحاتك حول هذا الديود؟
الاجابة:
قبل الحديث عن سبب وجود D5 نحتاج إلى توطئة لدعم الموضوع نتحدث فيها عن مكبر العمليات عندما يتم توصيله ليعمل كمُقارن.
يعتقد البعض أن خرج المقارن يكون مساويا لجهد التغذية VCC عندما يكون High، وصفر عندما يكون Low. هذا الاعتقاد بالطبع خاطئ، والصواب هو إن أي مكبر عمليات لا يكون خرجه عندما يكون High مساويا لجهد التغذية VCC وهو هنا 12 فولت بل اقل بمقدار الهبوط في الجهد على زوج دارلينقتون أي 12- 1,4 (أو 1,2) = 10,6 أو 10,8 فولت (انظر الشكل التالي لتشاهد الزوج دارلينقتون داخل الدارة المتكاملة LM324)

، كذلك عندما يكون خرج مكبر العمليات Low لا يكون عندئذٍ = صفر بل أعلى من ذلك حسب مواصفات الشركة الصانعة (يكون مكتوب في الداتاشيت). لو فرضنا أن قيمة هذا الجهد في الحالة Low = 1 فولت مثلا، فان هذا الجهد يكون كافي لتشغيل الترانزيستور T1، وهو من المفروض ان يطفيه. وجود الديود يؤدي إلى ان يصبح على الديود نفسه هبوط فولتية = من 0,6 الى 0,7 فولت فيبقى للترانزيستور T1 من 0,4 الى 0,3 فولت لا تكفي لتشغيله، وبالتالي يكون وجود هذا الديود هو اعطاء هامش اضافي لضمان طفي الترانزيستور T1 عندما يكون خرج مكبر العمليات Low.
في الحقيقة تختلف مكبرات العمليات عن بعضها البعض في هذه النقطة. قديما كانت تُصنع بحيث تكون قيمة الخرج Low لا تتجاوز الـ +10mV ، اما مكبر عمليات اليوم (اقصد الحديثة) فتصل قيمة الخرج Low الى +1V .
mV/deg C، أي كل ارتفاع درجة حرارة واحدة عن 25 د م يقل الجهد VBE اللازم للتشغيل بمقدار 2,5 ميلليفولت. النتيجة: باضافة هذا الديود D5 نضمن ان يكون T1 طافي تماماً حتى عندما يكون خرج مكبر العمليات في حالة الـ Low مساوياً 400 ميلليفولت.
الآن إذا علمنا من الداتا شيت للدارة المتكاملة LM324 (انظر الشكل التالي) أن قيمة جهد الخرج عندما يكون High ويُرمز له بالرمز VOH = جهد التغذية (12 فولت) – 1,5 أي 10,5 فولت، وان قيمة جهد الخرج عندما يكون Low ويُرمز له بالرمز VOL يتراوح ما بين 5 الى 20 ميللي فولت (نعتبرها 10 ميللي فولت) فاننا نعلم ان هذا المقدار (10 ميللي فولت) لا يقوى على تشغيل الترانزيستور بتاتاً حتى في غياب الديود D5. من هنا اقول وانا مرتاح جدا ان الديود D5 غير لازم على الاطلاق في هذه الدائرة وللاسباب المذكورة.

13) اذا كان مخرج N1 هو High، ومخرج N2 هو Low، احسب شدة التيار المار في المقاومة R4 وشدة التيار المار في R8 وشدة تيار قاعدة الترانزيستور T1؟
الاجابة:
انظر الى الشكل التالي:


الجهد عند مخرج N1 عندما يكون High = 10,5 فولت
الجهد عند نقطة اتصال موجب الديود D5 والمقاومة R8 = 1,4 فولت قريباً، لانه = هبوط الجهد على الديود + هبوط الجهد VBE على الترانزيستور T1.
اذن فرق الجهد بين طرفي المقاومة R4 = (10,5 – 1,4) = 9,1 فولت
اذن شدة التيار المار في المقاومة R4 = 9,1 ÷ قيمة المقاومة R4 = 9,1 ميللي أمبير.
هذا التيار سيتوزع الى فرعين؛ أحدهما سيمر في المقاومة R8 وقيمته = 1,4 ÷ 1 كيلوأوم = 1,4 ميللي أمبير، والاخر هو الباقي والذي سيمر الى قاعدة الترانزيستور وقيمته 7,7 ميللي أمبير.

(14) مكتوب على المخطط أعلاه مواصفات الريلي كما يلي:
RL = 12V, 200 ohm, 1C/O relay فسر معنى ذلك بالتفصيل؟
الاجابة:
12V تعني أن ملف الريلي يتفعّل عند جهد = 12 فولت
200 ohm تعني ان مقاومة الملف الاومية = 200 أوم
1 C/O ، الرقم 1 تعني زوج واحد فقط من نقاط التماس، C تعني normally closed أي يكون مغلق (متلامس) عندما لا يكون هناك الجهد 12 واصل للملف، O تعني normally open أي يكون مفتوح (غير متلامس) عندما لا يكون هناك الجهد 12 واصل للملف. من ذلم نجد ان هناك زوجان من نقاط التلامس أحدهما يكون مغلق والآخر مفتوح. الواقع يكون هناك 3 أطراف تلامس، طرف مشترك يكون متلامس مع أحد الطرفين ومُبتعد عن الثالث عند غياب الجهد. وبتوصيل الجهد ينتقل هذا الطرف المشترك ليبتعد عن الأول ويلامس الثالث.

(15) لو لم تجد في محل بيع القطع زينر بجهد 6,8 فولت ووجدت زينر 6 فولت فقط، كيف ستحل هذه المشكلة.
الاجابة:
الحل هو استخدام الزينر 6 فولت على التوالي مع ديود إشارة عادي مثل 1N4148 حيث يكون الهبوط في الجهد على هذا الديود العادي = 0.7 V أو 0.6V، نجمعه إلى جهد الزينر فنحصل على 6.6V أو 6.7V ونعدّل الفرق بالمقاومة المتغيرة VR1. للمزيد من المعلومات اقرأ موضوع اكتشف أسرار………#0001 السؤال رقم: 3

16) اذكر خمسة أسماء مختلفة للديودات D1 إلى D4 والتي يمكن استخدامها في دائرة التوحيد وعلل سبب ذلك؟
الاجابة:
سلسلة ديودات التوحيد 1N400x حيث x من 1 إلى 7 هي ديودات جميعها تتحمل تيارا أقصاه 1 أمبير لكنها تتفاوت في قيمة الجهد حسب الجدول التالي:

ما حقيقة هذا الجهد الذي تتحمله هذه الديودات؟
هذا الجهد يُطلق عليه بالإنجليزية PIV وهو اختصار لـ Peak Inverse Voltage أي جهد القمة العكسي. لا تيأس أنت ستفهم الحكاية بإذن الله من طقطق إلى سلام عليكم فقط ركز معايا شويه. الموضوع بسيط جدا وأنت الآن تتقدم خطوة في المجال المحبب إلى قلبك، لذا اصبر واتعب علشان تصل.
الان انا اعطيك بعض الاسئلة البسيطة وسنجيب عليها معاً:
ما شكل كهرباء الشبكة وما قيمتها؟
شكل كهرباء الشبكةعبارة عن شكل موجة جيبية (أنظر الشكل الذي ستراه على جهاز الاوسيلوسكوب لو فكرت يوما ان تراها)

نحن جميعا نعرف ان قيمة الجهد لكهرباء الشبكة هي 220 فولت AC، احيانا تزيد عن ذلك او تنقص، المهم انها حول الـ 220 فولت.
يعني لو قستها بساعة القياس ستجدها 220 فولت او حول ذلك. انظر مرة اخرى الى شكل الموجة الجيبية اعلاه، لو قمت بقياس كهرباء الحائط فوجدت انها = 220 فولت، ثم احضرت اسيلوسكوب وشاهدت شكل الموجة هل تتوقع ان ارتفاع القمة (قمة الموجة) = 220 فولت؟
الجواب لا. لو كنت تعرف ان تستخدم الاسيلوسكوب جيدا ستجد ان ارتفاع القمة = بحدود 310 فولت. كيف ذلك؟ اقول لك ان جهاز القياس الفولتميتر يقيس قيمة الـ rms دائماً. ولمعرفة ارتفاع القمة نضرب هذه القيمة × الجذر التربيعي للـ 2
أي ان جهد القمة والذي نرمز له بالرمز Vp يساوي:
Vp = |/2 x Vrms
Vp = |/2 x 220 = 311 V
لاحظ ان ( |/2 ) تعني الجذر التربيعي للـ 2
من ذلك نجد ان قيمة الجهد من القمة العلوية الى القمة السفلية = ضعف القيمة السابقة.
اذا رمزنا الى قيمة الجهد من القمة الى القمة بالرمز Vp-p فان:
Vp-p = 2 X |/2 X Vrms
اذا عوضنا عن Vrms بقيمة جهد الملف الثانوي للمحول وهي هنا في دائرتنا = 12Vrms يكون
PIV = Vp-p = 2 x |/2 x 12 = 33.9 V
اذن انا احتاج الى ديود موحد قيمة جهد الـ PIV له لا تقل عن 35 فولت.
لن تجد ديود موحد له هذه القيمة لكن تجد سبعة انواع اخرى مختلفة اقلها له PIV = 50 V وهو الديود الاول في الجدول اعلاه 1N4001.
كل الديودات السبعة في الجدول مناسبة تماما كموحدات لهذه الدائرة، وكلما كانت قيمة الـ PIV اكبر كلما كنت في وضع افضل. وحيث ان الانواع السبعة لها نفس السعر (على حد علمي) فانني دائما افضل استخدام 1N4007 الذي قيمة الـ PIV له = 1000 فولت.
الخلاصة: خذ قيمة الجهد الثانوي واضربها في 2جذر 2 تحصل على PIV ثم تختار اقرب ديود له قيمة اعلى منها.

يتبع